《热力学与统计物理》课程教学大纲 (一)

《热力学与统计物理》教学大纲

一'课程基本信息

热力学与统计物理

课程名称

ThermodynamicsandStatisticalPhysics

课程爆码SCC610221030开课院部理学院课程团队热力学与统计物,

学分3.0课内学时48讲授48实验0上机0|实践0课外学时48

适用专业新能源材料与器件授课语言中文

先修课程大学物理(2-1).大学物理(2-2)、大学物理实验(2-1)

本课程主要介绍热力学和统计物理学的基本规律、基本理论和方法,并从宏观上和微观上描述热力学系统的热现象和热性质.本课程

与材弭、物理、化学等学科都密切相关.是一门至要的专业基础课程，无论对后续的材料类、物理类和化学类等课程的学习都起到承上启

下的知识链接作用。本课程的设置目的是使学生能够熟练掌握热力学和统计物理的基区原理和研究方法,逐步建立分析物质热运动以及微

观世界热现象的思路和方法，训练学生严格的逻辑思维能力,培养演绎推理能力,并提高分析问题、解决具体问题的能力。

Thiscoursemainlyintroducesthebasiclaws,theoriesandmethodsofthernodynamicsandstatisticalphysics,and

课程常介describesthethermalphenomenaandthei-nalpropertiesofthei-n)odynamicsystemsfrommacroandmicroperspectives.:n

(限选)physics,thiscourseandmaterials,physics,chemistryandotherdisciplinesarecloselyrelatedandareanimportant

professionalBasicCourse,whichpaysaconnectingroleinthelearningofsubsequentcoursessuchasmaterials,

physicsandchemistry.Thepurposeofthiscourseistocribblestudentstomasterthebasicprinciplesandresearch

methodsofthermodynamicsandstatisticalphysics,andgraduallyestablishideasandmethodsforanalyzingthethernal

movementofmaterialsandthermalphonnmonainthenicroscopicworld,trainstudents*strictlogicalthinkingability,

cultivatedeductivereasoningability,andimprovetheirabilitytoanalyzeandsolvespecificproblems.

负责人大纲执笔人审核人

二、课程目标

毕业要目R指标点

序号代号课程目标0BE

任务自选

目标1:认识物质热运动的特点，掌握与热现象有关的物质宏观物理性质的唯象理论和统计理论的基是

1Ml1.11.1

本概念、定理、定律和知识体系

目标2:掌握热力学与统计物理的基本原理和处理同邈的重要方法，并初步具有用这些方法分析问

2M2是2.12.1

地、解决具体问题的能力,为进一步学习其它理论课程或科研工作打下良好的基础

三'课程内容

支撑课课内课外

序号拿节号标超课程内容/电难点教学方式课外环节

程目标学时学时

第1$热力学的本至重点难点：杀力学三定律；热力学函数内能、博、靖、自

1第1章/93

基本定律由能、吉布斯函数的物理意义。

1.1热力学系统的系统、外界、子系统；系统的分类；热力学平衡态及其判别方

21.IMl0.5讲授/

平密及其描述法，状态参量；:延量与强度量

1.2热平衡定律和热接触与热平衡；热平衡定律、温度'热平衡的传递性；态函

31.2Ml0.5讲授//

温度数温度存在的数学论证

物态方程的意义；实验系数，物态方程举例；几个常用的数学

41.31.3物态方程Ml0.5湃授0.5作业

关系，由实验系数求物态方程

准静态过程；准静态过程的功；非准静态过程的功；准除态过

51.41.4功Ml0.5湃授//

程外界对系统做方的一般行形式

1.5热力学第一定改变系统状态的方式及绝热过程；焦耳实验.内能，热员.热

61.5Ml0.5洪授0.5自学文献

律力学第一定律；第一类永动机

71.61.6热容量和焙热容量的定义；状态函数始.等质热容量；等容热容量Ml0.5济授

1.7理想气体的内理想气体的自由影版；焦耳实幼，焦耳定律；理想气体定容和

81.7Ml0.5讲授

能定压热容量

1.8理想气体的绝

91.8状态方程和过程方程；理想气体的等温过程和绝热过程Ml0.5评授//

热过程

1.9理想气体的卡

101.9卡诺循环；热机.制冷机及其效率Ml0.5济授//

诺循环

1.10热力学第二热力学第二定律的两种表述及等价性；第二类永动机；可逆过讲授、讨

111.10Ml0.50.5自学文献

定律程,不可逆过程；实际过程的不可逆性论

121.111.11卡诺定理可逆机和不可逆机；卡诺定理及其证明Ml0.5讲授//

热力学温标的引入和意义,热力学温标和理想气体温标的等价

131.121.12热力学温标Ml0.5湃投//

性

1.13克劳修斯等

141.13卡诺循环的等式和不等式；任意循环的等式和不等式Ml0.5济授//

式和不等式

1.14烟和热力学态函数熠的引入及意义；热力学基本方程及其意义.热力学基

151.14Ml0.5济授0.5自学文献

基本方程本方程的一般形式

1.15理想气体的

161.15理想气体病的计算公式及应用Ml0.5讲授//

炳

1.16热力学第二

171.16热力学笫二定律的数学表述形式；病增加原理的理解Ml0.5济授0.5自学文献

定律的数学表述

1.17场增加原理

181.17热源、物体、已卬墙表达式的系统的燧变的求解Ml0.5讲授0.5作业

的简单应用

1.18自由能和吉

191.18自由能的引入和最大功原理；吉布斯函数的引入和最大功原理Ml0.5讲授//

布斯函数

本章至点难点：由热力学函数（内能、培、自由能、吉布斯函

笫二率均匀物质

20第二章数）的全微分推寻出的麦氏关系，麦氏关系的应用.基本热力/5/1/

的热力学性质

学函数的确定.特性函数

2.1内能、性、自内能、靖、自由能和吉布斯的全微分形式及应用,麦氏关系的

212.1Ml1讲授/

由能和吉布斯推导

2.2麦氏关系的简麦氏关系的意义和应用；雅可比行列式.定容热容量与能态方

222.2Ml1讲授0.5住业

单应用程；定压热容量与培方程

2.3气体的节流膨气体节流过程；焦耳-汤姆逊效应与焦耳自由膨胀实验的关系；讲授、讨/

232.3M21/

胀和绝热膨战气体绝热膨胀过程论

2.4基本热力学函

242.4基本热力学函数的确定和应用；特性函数；表面的热力学性质Ml1讲授//

数和特性函数

滋介质的功；感介质的麦氏关系；绝热去皴制冷；谖介质热力讲授、讨

252.52.5磁介质热力学M210.5自学文献

学基本方程论

笫三章单元系的本章里点难点：平衡判据及应用.相平衡条件.开系的热力学

26第三章/6///

相变性质,相图

墉到据，自由能切据.吉布斯函数判据；平衡条件.平衡稳定

273.13.1热动平衡判据Ml1济授//

条件

3.2开系的热力学

283.2开系及其热力学基本方程；化学势；巨热力势Ml1济授//

基本方程

3.3单元系的复相

293.3施平衡条件.力平衡条件,相变平衡条件.过程进行方向M21讲授0.5作业

平衡条件

3.4单元复相系的

303.4相图；单元系相图的理解；平衡曲线的确定；克拉柏龙方程Ml1济授//

平衡性质

3.5临界点和气液实际气体等温线.范德瓦尔斯等温线；麦克斯布等面积法则.讲授、讨

313.5Ml1//

两相的转变临界系数论

323.63.6相变的分类一级相交.连续相变；爱伦费斯特方程M21讲授0.5自学文献

第四章多元系的

本章币点难点：多元系的复相平衡条件：吉布斯相律；混合理

33第四章复相平衡和化学平/7/1.5/

想气体的性质

衡

■1.1多元系的热力

欧勒定理；多元单相系的热力学函数和基本方程；多元兑相系

344.1学函数和热力学方Ml1评授/

的热力学函数，吉布斯关系

程

1.2多元系的复相讲授、讨

/；■)4.2多元系复相平衡条件的一般性推导；膜平衡M21/

平衡条件论

364.31.3吉布斯相律强度变量.摩尔分数；吉布斯相律的推导及简单应用M21济投//

374.41.4化学平衡条件化学反应的表示；单相系化学平衡条件；反应度M21诉授0.5作业

1.5混合理想气体道尔顿分压定律；混合理想气体的物态方程、焙和炳；吉布斯讲授、讨

384.5M21//

的性质佯谬论

1.6理想气体的化

394.6平衡常量；质量乍用律及应用M21讲授0.5作业

学平衡

1.7热力学第三定

■104.7能斯特定理热力学第三定律；绝对场,绝对零度不能到达Ml1湃投0.5自学文献

律

第五章近独立粒

本量年点班点：用空间，系统微观状态的描述，等概率原理.

41第五章子系统的最慨然分/6讲授1/

三个统计分布函数

布

5.1粒子运动状态粒子的运动状态的含义，相空间及举例；广义坐标和广义动

425.1Ml0.5讲授/

的经典描述・；经典粒子运动状态描述举例

5.2粒子运动状态*子态，自由度；粒子运动状态描述举例；简并能级，相格；

：5.2M20.5讲授0.5作业

的量子描述态密度

5.3系统微观运动全同近独立粒子系统；经典系统微观运动状态的描述，量子系讲授、讨

145.3Ml1//

状态的描述统微观运动状态的描述；坡耳兹曼系统.坡色系统,费米系统论

455.45.1等概率原理宏观状态，微观状态；等概率原理-统计物理的基本假设Ml0.5讲授//

5.5分布和微观状分布的意义；宏现状态、微观状态与分布的关系；波耳兹曼系讲授、讨

465.5Ml10.5作业

态统、坡色系统.史米系统的一个分布包含的微观状态数论

最概然分布；斯特令近似公式；拉格朗日不定乘子法求玻耳兹

475.65.6攻耳兹曼分布M21讲授/

受分布；平衡态与最慨然分布

5.7坡色分布和费

485.7拉格朗日不定乘子法求玻色分布和费米分布M21讲授//

米分布

5.8三种分布的关经典极限条件（非简并性条件）；玻耳兹曼分布、玻色分布、

I'J5.8Ml0.5济授//

系费米分布的关系

第六章玻耳兹曼本率重点难点：热力学量统计表达式，麦克斯韦速度分布律.

50第六章/6/1/

统计能量均分定理的疣计意义

博尔兹嵬统计的杞分函数；内能、物态方程、烟的统计表达

6.1热力学量的统

516.1式；境的统计意义；坡尔兹受关系式，满足经典极限条件的玻Ml1讲授//

计表达式

色（费米）系和定域系统的境

6.2理想气体的物

526.2单原子分子理想G体系统的配分函数；由配分函数求物态方程M21讲授0.5作业

态方程

能是均分定理的左明，应用能量均分定理求热容量；讨论平衡讲授、讨

536.36.3能量均分定理Ml11/

辐射问题论

6.4理想气体的内

546.4量子统计理论讨轮双原子分子理想气体的内能和热容量Ml1济授/

能和热容鼓

讲授、讨

556.56.5理想气体的婚单原子理想气体篇的求导,吉布斯徉谬M210.5作业

论

6.6固体热容量的

566.6因体热容量的经典理论；固体热容量的爱因斯坦M21讲授/

爱因斯坦理论

第七章玻色统计本章重点雉点：波色-爱因斯坦凝聚现象；光子气体费米能级，

57第七章/4/1/

和史米统计费米动量

本宣堂点难点：数正则分布、正则分布、巨正则分布理论的理

5s第八堂第八章系统理论/4/1/

制和应用

7.1热力学■的统

597.1巨配分函数.玻色、费米系统的热力学量统计表达式的推导Ml1讲授//

计表达式

8.1相空间和刘维平衡态统计物理的普遍理论系综理论.相空间，刘维尔定理简

GO8.1Ml1讲授/

尔定理介,统计系综的分类

7.2玻色爱因斯坡色理想气体模型；坡色爱因斯坦凝聚.凝爱温度，玻色爱因讲授、讨

617.2M21//

坦凝聚斯坦凝娶体的性责论

7.4金属中的自由金属的内部结构和自由电子气体模型；费米能量，费米速度.讲授、讨

627.4M210.5作业

电子气体费米温度论

8.2微正则分布的微正则系综热力学量的统计表达式，微正则系综理论的简单应

638.2Ml1讲授/

热力学公式用

8.1巨正则分布及巨正刖分布的宏观条件；巨正则分布函数；巨正则分布的热力讲授、讨

8.4M210.5作业

其热力学公式学公式；三种系算理论的关系论

8.3正则分布和热正则分布的宏观条件：正刖分布函数，配分函数；正则分布的

658.3Ml1讲授//

力学公式热力学公式；正则分布与微正则分布的关系

667.37.3光子气体光子气体模型，普朗克公式，低频.高频范围的极限结果：空M21讲授0.5作业

窖辐射总内能及内能密度、维恩位移定律

8.5巨正则分布的讲授、讨

6;8.5巨正羽分布求解浸想气体同理M210.5作业

简单应用论

四'考核方式

序号考核环节操作细节总评占比

1.每条布置3F道题目，平均每次课1道题以上。

2.成绫采用等级制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。

1平时作业3.考核学生对热力学与统计物理基本知识的掌握能力.学生综合运用所学知识分析向通、解决问题的能力，题型主要有15%

证明和计算题：

1.指定或学生自选与热力学与统计物理有关的题目要求学生制作汇报PPT并录制解说语音。

2专题汇报2.成绘采用百分制。15%

3.根据内容的创新慢、准确性和短说的条理性评分，

1.学生自选与热力学与统计物理有关的课遨.搜集、整理文献资料，撰写课程论文“

3课程论文)5%

2.成绩采用百分制，根据内容的创新性、准确性、文字和格式的条理性评分，

4课堂表现随机桧查学生上课精神状态、回答问风情况5%

1.闭卷考试.成绩采用百分制，卷面成绩总分100分.

5期末考试3.主要考核学生对热力学与统计物理基本知识的掌握能力.学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力.题型主50%

要有选择地、填空题、简答题、证明题、计算题等”

五'百分细则

序号课程目标考核环节大致占比评分等级

A-独立思考、按时完成，制遨思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确。

B-独立思考、按时完成，解遨思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准璃.

1Ml平时作业10%

c-独立思考、按时完成,解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准璃.

D-作业抄袭.未能按时完成，结论错误，解题思路混舌,。

90-100:汇报课题很有创新性.PPT制作精美细致,具有一定的工作员.语言严逆、正确、生动.介沼、

2Ml专地汇报10%

解释然力学与统计物理的相关课却清楚、明白；75-90：汇报课地比较有创新性，PPT制作比较精美细致.

具有一定的工作■,能动用比较严谨的语言介绍、解社清楚热力学与统计物理的相关课邈；60-75:匚报课

题的创圻性一般,PPT制作比较认真，工作量一般,汇报语言比较有条理,基本能介绍、解释清楚热力学

与统计物理的相关课题；<：60:汇报内容互相抄袭.工作量过少,汇报语言没有条理,对热力学与统计

物理相关课题解修不清.

w-ioo：选期很有创新性,推理、推导严谨正确.内容条理较清晰,研究结果口实可靠.语言流畅,研究

内容对故力学与统计物理有一定的价值，75-90:选题比较有创新性，推理、推导严谨正确.内容条理比蛟

清晰.研究结果真实可靠,语言比较流畅.研究内容对热力学与统计物理有一定的价值；60-75：选城创

3Ml课程论文10%

新性一段.推理、推导比较正确语言比较流畅，叙述比较具有条理,具有一定的工作量.内容对热力学

与统计物理具有一定的价值；<60:存在明显抄袭现象,完全没有自己的观点，论文选题没有创新性,工

作量过少.格式错误，语言苍白.推理、推导错误

dOTOO:精神状态饱满.回答问题准确；

75-90：精神状态良好.问题回答蛟好；

4Ml课党表现10%

60-75:精神状态一般，问题回答一般；

<60:精神状态一般，问题回答一般